具有快速稳定特性的互补-金属-氧化物半导体恒电位仪

摘要

本发明公开了一种具有快速稳定特性的互补-金属-氧化物半导体恒电位仪，涉及传感器微弱电流检测技术，包括一个跨导运算放大器(OTA)，一个NMOS管，一个用于快速充电的开关，片内和片外稳压和滤噪声电容。跨导运算放大器(OTA)输出端接NMOS的栅极，NMOS的源极接运算放大器的反相输入端，组成一个电流传输器，NMOS漏极作为恒电位仪的输出端；开关跨接在跨导放大器的正、反相输入端，开关的控制端接系统的置位端。本发明能增强传感器工作电极电压的稳定性，并能使电路在检测任何大小的电流时都能快速进入检测状态，本发明的恒电位仪使NMOS漏端更接近理想的恒流源输出。

主权项

一种具有快速稳定特性的互补‑金属‑氧化物半导体恒电位仪，适用于安培型传感器，包括一个跨导运算放大器，一个NMOS管，其中NMOS管的栅极接跨导运算放大器的输出端，源极接跨导运算放大器的反向输入端，组成一个电流传输器结构，NMOS管的漏极作为恒电位仪的输出端，传感器微电极产生的电流信号将由跨导运算放大器的反相输入端进入恒电位仪，经过NMOS管后从漏端输出进入后续电流信号处理电路；其特征在于，还包括一个跨接在跨导运算放大器正反相输入端上的开关和二个稳压补偿电容；其中：所述传感器微电极加一个固定的偏置电压源Vbias，该偏置电压源Vbias由读出电路芯片或片外提供，其大小由传感器的要求决定，即能让待测化学物质产生氧化还原反应的电压；所述开关，是在跨导运算放大器的正相输入端和反相输入端之间加入了一个三点开关，由CMOS传输门实现，开关第三点为开关断开或闭合的控制端，与系统的置位端Reset连接，即：当系统置位时，开关闭合，当置位完毕后，开关断开，系统开始工作；所述二个稳压补偿电容，其一，是在NMOS管的源极接入一稳压补偿电容Con‑chip，为片内稳压补偿电容，该稳压补偿电容另一端接地；其二，是在跨导运算放大器的反相输入端添加另一个片外稳压补偿电容Coff作稳压补偿，以满足皮安级及其以下量级电流测量时的稳定性要求，避免了片上集成电容特别耗费芯片面积的缺陷，片外稳压补偿电容Coff一端连接跨导运算放大器的反相输入端，一端接地，且所述片内稳压补偿电容Con‑chip，为2～3pF，片外稳压补偿电容Coff是纳法量级至亚微法量级的，以满足pA及其以下量级电流测量的稳定性要求，节省芯片面积。